Ученые «оживили» фермент возрастом 3,2 млрд лет для поиска внеземной жизни
Учёные из Университета Висконсин–Мэдисон применили методы синтетической биологии для реконструкции фермента, существовавшего около 3,2 миллиарда лет назад. Работа, опубликованная в журнале Nature Communications, предлагает новый подход к изучению происхождения жизни на Земле и поиску её возможных следов за пределами нашей планеты.
Команда под руководством профессора бактериологии Бетюль Качар и докторанта Холли Ракер сосредоточилась на нитрогеназе — ферменте, который играет ключевую роль в превращении атмосферного азота в форму, доступную для живых организмов. По словам исследователей, без нитрогеназы жизнь в привычном нам виде попросту не смогла бы существовать.
Вместо того чтобы опираться исключительно на геологическую летопись, которая содержит редкие и фрагментарные свидетельства ранней жизни, учёные воссоздали предполагаемую ДНК древнего фермента, внедрили её в современные микробы и изучили работу этого «предка» в лабораторных условиях. Такой подход позволяет восполнить пробелы в знаниях о биохимии ранней Земли.
Около трёх миллиардов лет назад планета выглядела иначе: до Великого кислородного события атмосфера была богата углекислым газом и метаном, а жизнь существовала преимущественно в форме анаэробных микроорганизмов. Понимание того, как эти микробы получали азот, даёт более точное представление о том, как жизнь выживала и эволюционировала в докислородную эпоху.
Особое внимание исследователи уделили изотопным сигнатурам — химическим «отпечаткам», которые сохраняются в древних породах. Ранее считалось, что древние ферменты работали так же, как современные, но это предположение оставалось непроверенным. Эксперимент показал, что, несмотря на отличия в ДНК, механизм формирования изотопных сигнатур у нитрогеназы за миллиарды лет практически не изменился.
Этот результат подтвердил корректность интерпретации геологических данных и указал на удивительную стабильность ключевых биохимических процессов. Учёные планируют выяснить, почему именно этот механизм оказался настолько устойчивым, в то время как другие части фермента эволюционировали.
Работа имеет важное значение и для астробиологии. Нитрогеназа теперь рассматривается как надёжная биосигнатура — признак, по которому можно судить о существовании жизни. Это даёт консорциуму MUSE, которым руководит Качар, более чёткие критерии для поиска следов жизни на других планетах.
Исследователи подчёркивают, что понимание ранней истории Земли является ключом к поиску жизни во Вселенной. Изучая биохимию древнейших организмов, учёные получают инструменты, которые помогут распознавать жизнь не только в прошлом нашей планеты, но и в потенциально обитаемых мирах за её пределами, пишет источник.
